DE1937150B2

DE1937150B2 - Process for welding shaft ends to shafts of poppet valves for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1937150B2
Application number: DE19691937150
Authority: DE
Inventors: Murray Douglas Mentor Braid; Miles William Willoughby Detling
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1969-07-22
Filing date: 1969-07-22
Publication date: 1974-02-28
Also published as: DE1937150A1; DE1937150C3

Description

Reibungsschweißverfahren. bei dem hohe Drehzah- läutert werden. Es zeigtFriction welding process. at which high speeds are chilled. It shows

lcn der^Teile verwendet werden, wenn sich diese in Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittenelcn the ^ parts are used if they are in Fig. 1 a schematic, partially sectioned

Kontakt befinden und bei dem hohe Stauchkräfte Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, und
während des Schvveißverfahrens ausgeübt werden. 55 Fig. 2 eine Ansicht der in F1 g.l dargestelltenContact are located and in which high compression forces view of an embodiment of the invention, and
may be exercised during the welding process. 55 Fig. 2 is a view of the shown in F1 gl

Beim Reibungsschweißverfahren ist es erforderlich. Ausführungsform, in der die Art und Weise gezeigtIt is required in the friction welding process. Embodiment in which the manner shown

daß aus Festigkeitsgründen die sich drehenden Teile wird, wie ein Schneidwerkzeug mit der Schweißvor-that, for reasons of strength, the rotating parts are like a cutting tool with the welding

eine hohe Trägheit aufweisen und daß eine große richtung zusammenarbeitet, um den geschweißtenhave a high inertia and that work a great direction to the welded

Leistung zum Antrieb dieser Teile mit aroßer Trag- . Ventilaufbau zu teilen.Power to drive these parts with aroßer support. To share valve assembly.

lieit zugeführt wird, wobei ein entsprechend lei- 60 Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in stungsstarkes Bremssystem vorgesehen ist. Diese Be- den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, wird ein einziges dingunuen führen notwendigerweise zu einer langsa- Schaftendenbauelement verwendet, der gleichzeitig men Wärmeerzeugung in den Teilen und ferner an zwei Tellerventilschäfte angeschweißt wird. Die macht das Reibungsschweißverfahren massive Korn- Ventilschäfte 51 und 52 sind m elektrisch leitenden ponenten erforderlich, die den auftretenden Kräften 65 Einspannungen 53 und 54 eingespannt, und die hinwiderstehen müssen. spannungen 53 und 54 können seitwärts bewegt wer-Große Stauchdrucke sind bei den üblichen Rei- den, und zwar gemäß dem Druck, der auf die \ entilbungsschweißverfahren erforderlich, da die Oberflä- schäfte 51 und 52 durch in entgegengesetzten Rieh-lieit is supplied, with a corresponding lei- 60 In the embodiment of the invention shown in FIG powerful braking system is provided. These be the F i g. 1 and 2, becomes a single things necessarily lead to a slow-shaft end component that is used at the same time men heat generation in the parts and is also welded to two poppet valve stems. the makes the friction welding process solid grain valve stems 51 and 52 are m electrically conductive components are required, which clamped the forces 65, fixtures 53 and 54, and which resist have to. tensions 53 and 54 can be moved sideways who-large Upsetting pressures are at the usual rates, according to the pressure applied to the de-yellowing welding process required, since the surfaces 51 and 52 by in opposite directions

tungen sich bewegende Stangen 56 und 57 ausgeübt wird. Bei der dargestellten Vorrichtung ist als Bauelement ein einstückiger Schaftendenbauteil 58 vorgesehen, der drehbar von zwei im Abstand voneinander angeordneten Spindeln 59 imd 61 getragen wird, die gleichförmig von einem nicht dargestellten Antrieb gedreht werden. Elektrische Isolationshülsen 62 und 63 sind vorgesehen, um den Schaftendi-nbauteil 58 fest in den Spindeln 59 und 61 zu tragen. Elektrische Leitungen 64 und 66 sind vorgesehen, um den Schweißstrom den Einspannungen 53 und 54 zuzuführen. lines moving rods 56 and 57 is exerted. In the device shown is as a component an integral shaft end member 58 is provided which is rotatable by two spaced apart arranged spindles 59 imd 61 is carried, which are rotated uniformly by a drive, not shown. Electrical insulation sleeves 62 and 63 are provided to firmly support the shaft end member 58 in the spindles 59 and 61. Electric Lines 64 and 66 are provided in order to supply the welding current to the fixtures 53 and 54.

Die Ventihchäfte 61 und 62 werden in einen Anlagekontakt gegen die gegenüberliegenden Enden des Schaftendenbauteiles 58 bewegt, wobei ein leichter, jedoch fester Reibkontakt zwischen diesen Bauteilen auftritt, wenn die Spindeln 59 und 61 gedreht werden. Der Schweißstrom wird durch die Einspannungen 53 und 54 hindurchgeführt, und zwar bis zu der Zeit, zu der die Schweißtemperatur erreicht ist. Danach kann der Druck, der durch die Stangen 56 und 57 erzeugt wird, erhöht werden, und zwar auf einen Stauchdruck, durch den die Schweißung beendet wird. Die gesamte Vorrichtung wird dann zu einer anderen Station bewegt, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. in der ein Schneidrad 67 angeordnet ist, und zwar derart, daß dieses zwischen die Spindeln 59 und 61 hineinragt und die doppelt verschweißte, mit zwei Tellern versehene Ventilbaugruppe zerschneidet, um zwei getrennte Ventile herzustellen.The valve shafts 61 and 62 are in contact moved against the opposite ends of the shaft end member 58, wherein a light, however, tight frictional contact occurs between these components when the spindles 59 and 61 are rotated. The welding current is passed through the fixtures 53 and 54, up to the Time at which the welding temperature is reached. Thereafter, the pressure exerted by rods 56 and 57 is generated, to be increased, namely to an upsetting pressure by which the weld ends will. The entire device is then moved to another station as shown in FIG. 2 is shown. in which a cutting wheel 67 is arranged, in such a way that this between the spindles 59 and 61 protrudes and cuts the double-welded, two-plate valve assembly to to produce two separate valves.

Anfangs reicht der Druck, der auf die Ventilteller ausgeübt wird, aus, um die Schäfte 51 und 52 in einen Reibkontakt mit dem Bauteil 58 zu bewegen, während sich der Bauteil 58 mit den Spindeln 59. 61 dreht. Dann wird der Stromschalter geschlossen, um einen hohen Strom durch die Baugruppe hindurchzuführen, wobei eine Widerstandserhitzung an den Schweißstellen erzeugt wird. Der Druck, der an den Schweißstellen anfangs vorhanden ist. ist jedoch etwas größer als der. der bei den üblichen Abschmelzschweißverfahren herrscht, bei dem ein starker Strom durch verhältnismäßig wenige Kontaktpunkte hindurchströmt. Beim normalen Brenn- oder Abschmelzschweißen erfolgt das Schweißen augenblicklich an diesen Kontaktstellen, und es findet eine starke Verdampfung des Metalls statt. Dies führt zum Ausstoßen von kleinen heißen Metallteilchen in Form von Graten. Dieses Abbrennen und Ausstoßen wird fortgesetzt, bis die Oberflächen mit einer Schicht des geschmolzenen Metalls bedeckt sind.Initially, the pressure exerted on the valve heads is sufficient to move the stems 51 and 52 in to move a frictional contact with the component 58, while the component 58 moves with the spindles 59, 61 turns. Then the power switch is closed to pass a high current through the assembly, whereby resistance heating is generated at the welds. The pressure on the Welds are initially present. however, is slightly larger than that. that of the usual ablation welding processes prevails in which a strong current flows through relatively few contact points. In normal flame or flash welding, the welding is instantaneous at these contact points, and there is strong evaporation of the metal. this leads to for ejecting small hot metal particles in the form of burrs. That burning off and expulsion continues until the surfaces are covered with a layer of the molten metal.

Beim erfindungsgemäßen S\ stern ist jedoch der Druck ausreichend, um einen Reibkontakt zwischenIn the case of the star according to the invention, however, the pressure is sufficient to create frictional contact between

»ο den beiden Oberflächen, die verschweißt werden sollen, zu erzeugen, so daß eine ganz erhebliche Kontaktfläche zwischen diesen Oberflächen \orhanden ist. so daß praktisch kein Abschmelzschweißen stattfindet. Dadurch werden die Schwierigkeiten, die»Ο the two surfaces that are to be welded, so that there is a very substantial contact area between these surfaces is. so that there is practically no flash-off welding. This eliminates the difficulties that

i£ durch Gaseinschlüsse entstehen, ausgeschaltet, die bei dem sogenannten Abbrennschwcißxerfahren auftreten und ferner werden die Schwierigkeiten ausgeschaltet, die durch das Vorhandensein \on RestschmeJzmetallen in der Schweißstelle auftreten.i £ caused by gas inclusions, turned off the occur in the so-called Abbrennschwcißxerfahren and it also eliminates the difficulties caused by the presence of residual metals occur in the weld.

Durch das Verfahren und durch die Vorrichtung werden zuverlässige Schweißstellen erzeugt, die wenigstens die gleiche Qualität haben wie die. die mittels eines Reibungsschweißverfahrens hergestellt werden. Mit der dargestellten Vorrichtung können zweiReliable welds are produced by the method and by the device, at least have the same quality as that. which are manufactured by means of a friction welding process. With the device shown, two

Teile gleichzeitig in sehr einfacher Weise miteinander verschweißt werden. Die Vorrichtung ist wesentlich leichter /u handhaben als übliche Stauchschweißmaschinen. da die Masse der sich drehenden Teile geringer sein kann und dadurch wird die Leistungsauf-Parts are welded together in a very simple manner at the same time. The device is essential easier to handle than conventional upset welding machines. since the mass of the rotating parts can be lower and this reduces the power consumption

nähme \erringen, die zum Starten und Abstoppen des Sch\veiß\erfahrens erforderlich r>t. Da die Hitze durch einen elektrischen Widerstand erzeugt wird, können die· Drehzahl und die Drucke wesentlich geringer se<n als diejenigen, die bei reinen Rcibungs-would take \ attain the starting and stopping points of the shit experience required. Because the heat is generated by an electrical resistance, the speed and the pressures can be significantly lower se <n than those which, in the case of pure friction

schweißverfahren verwendet werden. Die Vorrichtung kann derart ausgebildet sein, daß ein vollständig automatischer Betneb durchgeführt werden kann, wobei eine automatische Gratentfernung im gleichen Zvklus durchgeführt werden kann. Alle Stauchkräftewelding process can be used. The device can be designed in such a way that a fully automatic operation can be carried out, automatic burr removal can be carried out in the same cycle. All compression forces

«erden direkt in die Teile durch stationäre Teile der Vorrichtung eingeführt und dadurch wird verhindert, daß schwere Schublasten an den sich drehenden Bauteilen auftreten.«Earth is introduced directly into the parts by stationary parts of the device and this prevents that heavy thrust loads occur on the rotating components.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

the metal parts that are connected to each other

Claim to be covered with an oxide layer. These

^μ Oxides are trapped in the welding zone and a

Shank end welding methods weaken the weld The use of

on shafts of poppet valves for Brennkraftma- 5 large upsetting forces .st necessary to such

machines, characterized in that inclusions are to be printed out of the Sdiwc.ßzonc,

between two shafts an on the shaft dimension- This movement of metal leads to Matenaiv

Solutions adapted component most arranged in such a way and makes deburring difficult,

that the longitudinal center axes of the shafts and during the usual resistance welding process

of the component are aligned so that the component io rcns the heat builds up in the entire workpiece

about its longitudinal center axis in rotation, which is to be welded, so there is to both

that the end faces of the non-rotatable sides of the welding point form a large heated zone

hold valve stems against the end faces of the, which is the material in addition to the welding

rotating component with a force gc- can soften.

the frictional contact between the .5 In normal flame or fusion welding

Shafts and the component generated so that the welding takes place instantly at the con-

Then a welding current goes through a shaft, which is tactile, and there can be a strong evaporation of the

Component and the other shaft take place in series metal. This leads to the ejection of

hindurcheeführt is that the rotation of the building small hot Metallic m the form of burrs

elements ^ is terminated when the connection- »This burning off and ejection is continued,

place between the component and the shafts a layer of molten

Welding temperature have reached, and that the zenen metal are covered.

Component for producing two shaft ends

is cut through " reasons to create a process in which the im

25 disadvantages listed above in a simple

We can be switched.

According to the invention, this is done in that between two shafts a component adapted to the shaft dimensions is arranged in such a way that «

The invention relates to a method for 3 ° the longitudinal center axes of the shafts and structural welding from shaft ends to shafts of plate memes that the component is aligned around its long valves for internal combustion engines. Mittelachsc is set in rotation that the forehead-off According to German interpretation I 187 850, it is the surfaces of the non-rotatable valve shells basically known. Shaft parts of outlet valves against the end faces of the rotating component for internal combustion engines with one another butt / 11 35 mentes are printed with a force the Keitv weld. the weld practically making contact between the shafts and the component Generated over the entire cross section of the valve, that then a welding flow through one shaft extends. * Shank, the component and the other shank in From the Swiss patent 458 568 series is carried out that the turning of the eanz generally a method for butt welding 40 component ", is terminated when the connection four known metallic workpieces, in which the places between component and shadow a Workpieces have been pressed together, have reached their contact welding temperature, and then the base surfaces heated to welding temperature and then duiclis compressed together to tighten two shaft ends the contact area is cut.

Chen by Rcibune heating and electrical 45 Advantageously, only a small amount will be

Resistance heating, one of which creates the ridge and is the weld joint

Workpieces around a perpendicular to the contact surface free of oxides. With particular advantage are au

right axis rotates and a heating current through this way always two \ entile aut once at the same time

Rührimesfluche is passed. provided with a shaft end.

One of the most widely used methods 50 of the invention is set out in the following description

for welding together valve parts, this is done with reference to the figures in the drawing.